[Doku]Fahrradlampe 3xXML

  • Bratte und ich haben in den letzten Wochen an unserer Fahrradlampe mit 3 Xml in WW rumgebastelt. Das Ergebnis wollen wir euch mit dieser Doku vorstellen.
    Die Lampe ist ein kompletter Eigenbau ohne gekaufte Treiber oder ähnliches.
    Über Kommentare würden wir uns natürlich freuen.
    Bilder bei Nacht und ein kurzes Video folgen in den nächsten Tagen...
    Viel Spaß beim lesen.



    Die Farradlampe




    Das Akkupack









    1. Beschreibung



    Die Lampe wird über einen Taster bedient und hat folgende Funktionen.
    Nach dem ersten betätigen des Tasters geht die Lampe an, hier wird die Led ca. mit 5% Helligkeit betrieben.
    Durch einen weiteren Druck auf den Taster kommt man in den 2. Modus hier werden ca. 30% der Leistung genutzt.
    Im 3. Modus stehen dann 90% der Helligkeit zur Verfügung.
    Wird der Taster noch einmal betätigt geht der Mikrocontroller in einen „Standby-Mode“.
    In diesem Modus sind alle Leds ausgeschalten und es wird so gut wie keine Akkukapazität mehr verbraucht.


    Das Akkupack besteht aus 6 Einzelzellen (18650 Trustfire 3,7V 2,5 Ah) und liefert maximal 12,6 Volt. Es hat eine Kapazität von 5Ah.
    Es sind jeweils 3 Akkus in Reihe, die zueinander parallel verbunden sind.
    Im Betrieb auf Stufe 3 (90%) hällt der Akku ca. 2 Stunden.
    Die Akkus werden mit je 400mA auf 12,5 Volt geladen.
    Die Ladezeit beträgt ca. 5 Stunden.
    Am Gehäuse befinden sich noch eine Kabeldurchführung mit Zugentlastung und eine Buchse für ein Steckernetzteil. ( ca. 16-19V und min. 1A)


    Der Mikrocontroller (Attiny 25) hat mehrere Funktionen.
    Er schaltet durch betätigen des Tasters jeweils in das nächste Menü. Das betätigen des Tasters wird durch ein kurzes blinken der Taster Led bestätigt.
    Im Betrieb bleibt diese Led aus, um nicht zu stören.
    Wird an der Ladebuchse ein Netzteil angeschlossen, erkennt dies der µC und geht in ein Lademenü.
    Die High Power Led geht aus und die Led im Taster blinkt.
    Die Akkuspannung wird über den ADC-Wandler des µC überwacht.
    Steigt diese beim laden auf ca. 12,5 Volt, leuchtet die Taster Led dauerhaft. Der Akku ist vollständig geladen.
    Das gleiche geschieht beim Entladen. Hier wird ab ca. 10,5 Volt die Taster Led zum blinken gebracht und ab ca. 10 Volt in den Standby-Modus gewechselt.
    Außerdem gibt der µC ein PWM-Signal aus, mit dem ein Mosfet angesteuert wird um die Helligkeit der HP-LED zu regeln.


    2. Aufbau / Herstellung der Fahrradlampe






    Das Gehäuse der Lampe wurde aus einem Ø 50mm Aluminium Rundmaterial gedreht. Die Fertigung erfolgte an einer konventionellen Drehmaschine.


    Die Lampe setzt sich aus folgenden Teilen zusammen:


    • Aluminiumgrundkörper (Ø 50mm ; 100mm lang)
    • 3 x CREE XM-L T3 auf Rundplatine (http://www.led-tech.de)
    • CREE CUTE-3-XM Optik 19° (http://www.led-tech.de)
    • Trägerscheibe aus Alu für die Rundplatine
    • Taster mit integrierter LED-Beleuchtung in blau (http://www.conrad.de)
    • POM-Scheibe zur Befestigung des Tasters
    • Plexiglasscheibe mit O-Ring
    • Kabeldurchführung mit Zugentlastung
    • Lenkerhalterung (aus dem Fahrradladen)






    3. Aufbau / Herstellung des Akkupack´s




    Als Gehäuse wurde eine Werkzeugdose verwendet. (http://www.rose.de)
    In dieser befindet sich das Akkupack, die Aluminiumscheibe und die Steuerplatine.
    Die Akkuzellen werden von 2 Scheiben aus POM gehalten, welche Aussparungen für die Zellen sowie die Verkabelung besitzen.
    Auf der Aluscheibe befinden sich zwei LM317 zur Kühlung sowie die drei Leistungswiderstände.
    Ein Akkudummy in der Mitte hält diese Scheiben zusammen, von unten mit einer Schraube von oben mit einer M4 Gewindestange.
    An dieser wird die Steuerplatine und die Aluscheibe versraubt.
    Im Deckel befinden sich eine Kabeldurchführung sowie eine Netzteilbuchse.




    4. Leiterplattenanfertigung


    Das Layout der Leiterplatten wurde mit Sprintlayout erstellt. Dieses wurde dann auf eine Folie gedruckt.
    Die Fotoplatinen wurden mit dieser Folie belichtet, in Entwickler gegeben um die restliche Fotoschicht zu entfernen.
    Anschließend wurde diese für ca. 3 Minuten in ein Ätzbad (Eisen-3-Chlorid) gegeben.
    Danach wurden sie mit Ethanol gereinigt.
    Die 3 einzelnen Platinen wurden dann mit der Schlagschere grob ausgeschnitten. Danach wurden sie auf der Drehbank rund gedreht um sie der Werkzeugdose sowie den Scheiben aus POM anzupassen.
    Anschließend wurden sie mit Lötlack eingesprüht, um die Platine gegen Korrosion zu schützen. Außerdem fließt nun das Lötzinn besser.
    Wenn der Lötlack trocken ist (einige Minuten), können die Platinen mit SMD-Bauteilen bestückt werden.

  • So besser spät als nie!
    Leider bekomme ich immernoch nicht gescheite Bilder mit ner Kamera hin. Hab mal mein Handy zum Filmen genutzt...

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    Man muss dazu sagen, dass es in echt doch noch heller ist.
    Auf Stufe 3 ist diese Figur untem im Garten verdammt hell angeleuchtet. Eigentlich geht das Licht auch noch weiter aber da hörts dann mit der Handykamera auf.
    Auf jedenfall finde ich die Xml in WW perfekt für diesen Zweck!!!

  • Sehr sehr geil gemacht. Was heisst bei Dir 90%? Wird die XM-L mit 2,9A betrieben? Was sagt das Alugehäuse bei Betrieb ohne Fahrtwind zur Verlustleistung der LEDs? Wird es sehr warm?


    Wird das Programm für den Tiny veröffentlicht? Und welchen Mosfet habt Ihr verwendet?


    Ich brauch ne Drehbank :)


    VG
    Knut

  • Ja richtig. 100% sind ca. 3.2 A was der Led ja auf dauer nicht so gut tut. Also haben wir uns entschlossen die hellste Stufe auf 90% Pwm laufen zu lassen. Das sind in etwa 2.9A.
    Ohne Fahrtwind ist Stufe 2 (30%pwm) noch völlig OK.
    In Stufe 3 sollte man schon in Fahrt sein damit das Gehäuse durch den Fahrtwind noch gekühlt wird.
    Den Akkutest (2 Stunden Betrieb auf Stufe 3 haben wir mit nem Heatpipe KK von Pollin durchgeführt) um die Led zun schonen.
    Zum Mosfet: ===> der hier ist es IRLU 8113
    Ach ja wir haben auch nicht vor mit der Lampe den Verkehr zu blenden! Stufe 1 ist für den Straßenverkehr gedacht. Alles weitere wird nur auf Wald - und Feldwegen benötigt !

  • Wie wird die Laderegeleung gemacht ? Wieso keine richtigen LiIon Laderegler IC's wie sie von MAXIM sehr oft angeboten werden ?

    Zitat

    Die Akkuspannung wird über den ADC-Wandler des µC überwacht.

    Ist aber kein richtiges Balancing, also nicht das Beste wenn man das auf die dauer betrachtet. Schonmal Current gemessen ? Bin gespannt ob die Ultrafire ernsthaft die 3A liefern...



    Sieht schon sehr sehr nett aus euer Gehäuse, die Montageplatte würde ich jedoch aus Kupfer machen und dann montieren im Gehäuse, würde meine Nerven beruhigen und bei guter Wärmeleitpaste ( Arctic MX aus dem PC Bereich wohl auch sehr sehr gut ) noch ein wenig mehr Wärmeableitung bringen.
    Wieso diese Schrauben ? Wieso nutzt ihr nicht richtig Hochwertige ? Das Gehäuse sieht so gut aus, und dann sieht man vorne die 3 kleinen Schrauben da :( Schade .


    Also wirklich herrausragend gut ist eure Backsite der Lampe : Geiler Clickie beleuchtet und sehr sehr schick anzuschauen 1A mit Sternchen wirklich sehr gelungen. Danke für das Teilen eures Projektes, sowas schaut man sich gerne an.


    Liebe Grüße

  • Also die Laderegelung wird über zwei LM317 geregelt (je einer für eine 3er Reihenschaltung, sitzen auf der Aluscheibe über dem Pack). Die Ladeschlusspannung lässt sich über die beiden Feinpotis (blau auf der Platine) einstellen. Wir haben sie nicht ganz auf 12,6 Volt eingestellt, sondern auf 12,5 Volt um sicher zu gehen, dass eine einzelne Zelle nicht über 4,2 Volt geladen wird.
    Das diese Ladung nicht das non plu ultra ist war uns durchaus bewusst. Dafür war die Schaltung relativ einfach umzusetzten und vorallem kostengünstig.
    Sie hat auch nach mehreren Tests wunderbar funktioniert!


    Wir beide sind ja noch Elektroniker in der Ausbildung und haben das ganze so nebenbei während der Arbeit machen dürfen. Da mussten wir ein bisschen auf das Geld und die Zeit achten.
    Insgesamt kommen wir mit allen Materialien auf ca. 70 € ! Auch wenn für die Entwicklung noch ein bisschen was extra draufging...



    Noch zu den Schrauben. Was meinst du mit hochwertigen? Die Schrauben halten die Plexiglasabdeckung und diese sichert die Optik, dass sie nicht rausfällt. Mir ist nichts besseres eingefallen wie man es anders hätte machen sollen. Wenn du einen Vorschlag hast dann nur her damit. Man lernt ja nie aus ;) . Auch wenn es für diese Lampe jetzt zu spät wäre.
    Ach ja den Strom haben wir natürlich gemessen. Der Strom liegt bei 100% Pwm bei 3,2 A. Warum meinst du dass die Trustfire das nicht liefern sollten?

  • Also die Mechanik ist ja superschick, Hut ab! Stutzig macht mich gerade nur, dass an keiner Stelle davon die Rede ist, wie Ihr den Strom eingestellt habt ?( Gekaufte Treiber sind nicht drin, die LM317 sind zum Laden und die MOSFET offenbar nur für die PWM??

    Ach ja den Strom haben wir natürlich gemessen.

    klingt fast so, als hätte der sich zufällig eingestellt, und da nach MüsLix

    Bin gespannt ob die Ultrafire ernsthaft die 3A liefern...

    der Strom eh grenzwertig für die Akkus zu sein scheint, könnte man auf die Idee kommen, Ihr hättet die LEDs hart an die Akkus gehängt, und würdet da gepulst den Kurzschlussstrom raus ziehen :S Erlöst doch die zweifelnden Mitleser und klärt uns auf, wie ihr den Strom eingestellt habt :whistling:

  • Erlöst doch die zweifelnden Mitleser und klärt uns auf, wie ihr den Strom eingestellt habt


    So, wie ich das sehe, stellt sich der Strom durch den Innenwiderstand der Zellen und evtuelle andere weitere Widerstände ein.
    Das ist je nach Ladezustand und Zellspannung durchaus ein wenig gewagt, habe ich aber auch häufiger gemacht.
    Funktionieren tut es jedoch nur mit Zellen die nicht hochstromfest sind, unter Last deutlich einbrechen bzw. einen hohen Innnenwiderstand haben.


    Kleine Anmerkung am Rande: Es gibt die 18650er auch mit Lötfahne, dann kann man sich umständliche Halter sparen.


    Wozu dient Trägerscheibe aus Alu für die Rundplatine?
    Ansonsten gefällt mir der mechanische Teil der Lampe sehr gut, vor allem die Rückseite samt Taster ist vom Design her genial.

  • Der Strom ist ganz einfach mit einem Leistungswiderstand begrenzt. Dieser sitzt auch auf der Aluscheibe, da er im max. Betrieb ca. 50C° warm wird. Es können jedoch nur der Widerstand oder die LM317 warm werden. Man kann ja nicht gleichzeitig laden und die Lampe laufen lassen.
    Hoffe das beruhigt euch jetzt :S
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    MOSFET: Die Trägerscheibe war im nachhinein überflüssig. Sagen wir mal so bei so einem Projekt klappt nicht alles auf anhieb und nachdem wir sonst das komplette Gehäuse nochmal herstellen hätten müssen um den Abstand richtig in der tiefe zu drehen, haben wir das ein bisschen improvisiert. :rolleyes:

  • Ist schon klar dass ein gekaufter Treiber vielleicht die schönere und bessere Lösung gewesen wäre. Uns ging es bei dem Projekt ja auch um den Lerneffekt und darum die Lampe komplett selber aufzubauen ohne gekaufte Fertigschaltungen. Wenn man doch schon die möglichkeit hat die Platinen selber herzustellen und es vom Platz her möglich ist finde ich es bei einem Eigenbau doch auch gerechtfertigt wenn man mal etwas selber Entwickelt. Oder wie seht ihr das?

  • Bzw. hätte man mit zwei winzigen Zusatzbauteilen eine instructables-KSQ aus dem MOSFET machen können (okay, dann evtl. mit etwas größerem MOSFET). Bitte nicht falsch verstehen, das soll ja kein Vorwurf sein, man wundert sich nur, dass Ihr soviel Perfektionismus in die (supergelungene) Mechanik steckt, und dann halt "nur" Vorwiderstände benutzt.

  • Mit dem 7135er hatten wir anfangs auch rumprobiert. Das "Problem" war auch, dass wir 2 Ausbilder haben, deren Hilfe wir beim Treiberentwickeln brauchten. Mal fragt man den einen etwas, wenn er Zeit hat und er sagt uns macht es so und so. Dann aufgebaut, getestet ==> Problem festgestellt. Dann meint der andere Ausbilder macht es doch nicht zu kompliziert. Es geht ja auch einfacher. Dann hatten wir noch die Urlaubszeit zwischendrinnen wo dann mal jeder von uns weg war. Da werden dann Sachen vergessen oder von anderen weiterentwickelt. Am Ende waren wir jetzt froh dass es funktioniert.


    Das wir hier keinen Treiber oder Produckt entwickelt haben, dass wir verkaufen können ist uns ja bewusst. Ich weißja auch dass Ihr uns nur Tipps geben wollt wie man es hätte besser machen können. Dafür ist ja ein Forum auch da. DANKE :thumbup: Auch danke für euer Lob über die Mechanik. Da hüpft mein Feinmechanikerherz :D

  • Jetzt macht das auch Sinn, dass ihr mit 5Ah Kapazität bei 2,9A LED-Strom zwei Stunden Leuchtdauer schafft. ^^
    Trotzdem hätte ich bei der Laderegelung Bauchschmerzen in Hinblick auf das Balancing. Die Akkus die ich bisher hatte schaffen ohne Balancing bei moderatem Ladestrom locker ne Abweichung von +/-0,2V zwischen einzelnen Zellen.

  • Ja die Akkudose (von Rose) ist eigentlich eine Werkzeugbox die in jede Flaschenhalterung passt.
    Wir haben die Einzelspannungen gemessen und lagen bei jeder Ladung unter 4,2 Volt. Ich finde es auch bei der Laufzeit des Akkupacks nicht unbedingt notwendig die Akkus immer absolut voll zu laden. Dann haben sie halt nur 4,1 Volt pro Akku das reicht ja immernoch dicke...
    Wichtig ist nur dass man die Ladeschlussspannung nicht exakt auf 12,6 Volt einstellt. Dann kann es passieren, dass eine einzelne Zelle mehr wie 4,2 Volt hat.